支持零部件MES系統(tǒng)變更的系統(tǒng)設計

在裝配線的生產過程中，由于試裝、爬坡、零部件供應或質量等問題，產品設計部門在技術評估后常常會要求在裝配過程中執(zhí)行零部件臨時變更的要求。MES作為面向車間執(zhí)行層的管理系統(tǒng)，需要有合理的功能設計來支持這一業(yè)務的準確執(zhí)行。

1 業(yè)務需求分析

　　零部件臨時變更是指這樣一種業(yè)務場景，在制造執(zhí)行過程中不使用產品設計系統(tǒng)下發(fā)的BOM進行裝配，而是按照特殊需求，使用另外一個供應商或另外一種型號的零部件來替換BOM中原指定的零部件。通常，用于替換的新零部件的編號與BOM中的原零部件不相同。這類臨時變更通常是暫時性的，在執(zhí)行一段時間或者生產一定數(shù)量的發(fā)動機后，會再切換回使用原BOM中指定的零部件進行裝配，這時零部件臨時變更執(zhí)行終止。

　　由于這類變更的臨時性和短暫性，產品部門一般不會在產品設計系統(tǒng)中直接變更產品BOM，而是選擇保持產品BOM不變的情況下，直接在車間、MES和ERP系統(tǒng)中執(zhí)行變更。產品設計系統(tǒng)、MES和ERP間BOM數(shù)據的傳遞如圖 1所示。在零部件臨時變更的整個流程中，涉及多部門的協(xié)作及信息傳遞，如產品部、制造部、質量部、車間、倉庫及生產計劃等。這就要求工廠需要有能力對每個環(huán)節(jié)進行嚴格地控制，降低變更風險，保證產品質量，準確地執(zhí)行零部件的臨時變更。

　　對于車間裝配過程的控制，要求裝配必須按照MES系統(tǒng)顯示的零部件清單和裝配工藝執(zhí)行裝配。當出現(xiàn)零部件臨時變更時，MES系統(tǒng)需要給裝配工顯示準確的新零部件清單和新裝配工藝，把變更要求的新控制參數(shù)傳遞給PLC進行設備控制。另外，還需要通過警示信息、數(shù)據校驗和防錯功能降低零部件變更過程中的風險，以及在發(fā)動機檔案的數(shù)據庫表中準確記錄新零部件的信息，以用于日后質量的追溯和分析。

　　零部件臨時變更的最終執(zhí)行結果是車間裝配工拿取準確的變更要求的新零部件，按照新的工藝要求把新零部件裝配到發(fā)動機上。在這個過程中，MES作為指導車間裝配制造的信息系統(tǒng)，它的功能設計直接影響到零部件臨時變更在車間的執(zhí)行效果。設計更合理、更符合業(yè)務要求的MES功能能在降低變更風險和提供變更追溯數(shù)據方面發(fā)揮有效作用。

2 MES零部件臨時變更功能的設計

　　根據以上對零部件臨時變更業(yè)務進行的需求分析， MES系統(tǒng)可以從如下幾個方面進行功能設計。

　　1） 變更的新零部件是從產品設計系統(tǒng)下發(fā)的零部件列表中抓取的。變更的新零部件需要是通過實驗驗證和評審，在產品設計系統(tǒng)中維護并發(fā)放的零部件。原則上MES不應允許在系統(tǒng)中創(chuàng)建產品設計系統(tǒng)中不存在的新零部件用于變更功能。

2）零部件種類和數(shù)量的N對N替換。業(yè)務上的零部件替換關系存在很多種情況，MES需具備靈活的配置功能。

　　一種最簡單也是最常用的替換關系是1對1替換，即一種零部件被另一種新零部件替換。但如果使用總成件裝配，在零部件替換時有可能會存在非1對1的替換關系。比如BOM中的原零部件是兩種總成件零部件A和零部件B，替換之后使用的不再是總成件，如圖 2，總成件A被兩種零部件A1和A2替換，總成件B被兩種零部件B1和B2替換。為了能靈活的支持替換前后零部件種類的多樣性，MES零部件變更的配置功能需要設計為支持N對N的零部件種類替換關系。如果是1對1的替換，即N= 1。

　  　3）支持多種替換執(zhí)行方式。根據不同的業(yè)務需求，MES系統(tǒng)需要支持以如下三種方式來執(zhí)行發(fā)動機零部件替換。

　  （1）指定工單。這是一種最精確的執(zhí)行方式，可以精確指定某一臺發(fā)動機執(zhí)行零部件替換。即使由于返修等原因，幾臺指定的發(fā)動機混在其他發(fā)動機中進行生產，也可以準確地執(zhí)行零部件替換。配置時需勾選執(zhí)行的工單列表。

（2）指定數(shù)量。如果替換件的數(shù)量是固定的，用完即止，那么可以采用指定數(shù)量的執(zhí)行方式。配置時需指定開始的第一個工單和替換總數(shù)量。

　　（3）指定時間。按時間執(zhí)行是一種比較模糊的方式，僅對在確定的時間區(qū)間內到達裝配工位的發(fā)動機生效。如果零部件變更的執(zhí)行時間是明確的，且執(zhí)行的工單和數(shù)量都不需要控制，則可以采用此方式。只有在替換實際執(zhí)行完成后，從系統(tǒng)的記錄才能統(tǒng)計出實際執(zhí)行替換的工單信息。實際應用中，這種方式使用較少。配置時需設定執(zhí)行時間區(qū)間。

　　4）支持對已上線的發(fā)動機執(zhí)行零部件臨時變更。通常這種變更是在生產過程中臨時決定并要求立即執(zhí)行，所以MES需要支持對已經上線但還沒有經過變更工位的發(fā)動機執(zhí)行零部件變更。

　　5）支持裝配工藝變更。使用新的零部件，意味著裝配工藝可能隨之發(fā)生變化，MES系統(tǒng)需支持新裝配工藝的配置，比如需要支持新的裝配工位、擰緊工位、料架地址、擰緊信息和裝配圖片的配置。

　　6）顯示并保存零部件變更的信息。在MES客戶端的裝機清單中需顯示新的零部件信息，以指導裝配。并需要把替換的新零部件信息保存到發(fā)動機裝機檔案的數(shù)據庫表中，包括新的零部件號、零部件序列號或批次號，這些數(shù)據可以為返修和故障調查提供數(shù)據支持。

　　7）提供防錯功能，降低車間裝配工人錯裝零部件的風險。錯裝是在執(zhí)行零部件臨時變更中存在的一個很大的風險點。如果變更信息沒有準確地傳遞到車間，或者裝配工疏忽大意，都可能會造成產品的質量問題。MES系統(tǒng)需要充分利用客戶端顯示界面、零部件號校驗和料架防錯等防錯功能，降低錯裝的概率。具體的防錯功能可以進行如下設計：

　　（1）MES界面的裝機清單中顯示明顯的變更提醒。在MES客戶端顯示的裝機清單中，可以對變更的零部件進行明顯的符號標識，比如零部件號高亮標識或者顯示明顯的提醒符號。目的是提醒裝配工注意裝機清單中的零部件變更。

　　（2）對裝配零部件的零部件號進行校驗。通過掃描槍把零部件上標識的一維或二維零部件號碼掃描到MES系統(tǒng)中，MES會把掃描槍掃入的字符串與系統(tǒng)裝機清單中的零部件號進行匹配，如果不相等，提示掃描的零部件號錯誤。

　　（3）使用料燈指導工人拿取準確的零部件。通過控制物料架上安裝的指示料燈可以指導工人拿取準確的零部件。MES會把裝機清單中零部件對應的料燈地址傳遞給PLC，不同的裝配零部件對應不同的料燈地址。如果要求裝配原零部件，原零部件對應的料燈閃爍，如果要求裝配新零部件，則新零部件對應的料燈閃爍。當工人伸手拿取料燈正在閃爍的料道上的零部件時，PLC傳輸防錯完成信號1給MES，MES收到此信號后繼續(xù)下一步操作。如果工人不按照料燈的指示拿取零部件，PLC的防錯完成信號將不會傳輸給MES，MES會控制發(fā)動機不被允許流轉至下一工位繼續(xù)裝配。

3 結論

　　執(zhí)行零部件臨時變更是一個容易出錯且有控制難度的業(yè)務，需要充分地利用MES系統(tǒng)面向車間制造和設備控制的優(yōu)勢，根據工廠的業(yè)務要求和設備硬件條件對MES系統(tǒng)進行合理開發(fā)和應用，最大化地降低執(zhí)行風險，保證產品質量。

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